Tipik siklon boyutları

Transkript

1 Tipik siklon boyutları

2 Plug-Flow (Piston Akımlı), Mixed (Karışımlı) ve Empirical (Ampirik) Modelleri Plug-Flow (Piston Akımlı) ve Mixed (Karışımlı) Modelleri Kesme Çapı Siklonun toplama veriminin %50 olması için bir partikülün aerodinamik çapı olarak tanımlanır. Kesme çapı ne kadar küçükse verim o kadar yüksektir.

3 Formüller L= Ne D L= Siklonun efektif toplama uzunluğu Ne=Gaz akışının vorteks (burgaç-girdap) çıkışına ulaşana kadar aldığı dönüş sayısı D= Siklonun vücut çapı Vt= G = Ne= = PF= dcut = emp= mixed= 1 exp = 1 exp

4 Optimum Çap Optimum çap siklon üzerinde etkili bir parametredir. Yüksek siklon çapı düşük basınç kaybıdır. Bundan dolayı yüksek vücut çapı için düşük verim gözlemlenir. Verimin artması için çap azaltılmalı. Yine de çok küçük çaplar, ayrıca gaz hızındaki aşırı artıştan dolayı yüksek basınç kayıplarına neden olacağı için toplama verimini azaltır. Buna ilaveten, toplanmış olan partikülün yüksek hızdan dolayı yer değiştirerek gaz akışına tekrar sürüklenmesine neden olabilir. Böylece en iyi performans için siklonun vücut çapının optimize edilmesi gerekir. Dopt = Q= baca gazı debisi (m³/sn) g= Gaz yoğunluğu (kg/ m³) p= Partikül yoğunluğu (kg/ m³) µ = Gaz viskozitesi (kg/m.sn) Ka= Giriş yükseklik boyut oranı (a/d) Kb= Giriş genişlik boyut oranı (b/d) Basınç Kaybı NH = K NH = Girişte ve çıkıştaki toplam hız kayıpları K= ampirik sabit (teğetsel girişler için=16) ΔP= gvi²nh ΔP= Basınç kaybı (cm H₂O) g=gaz yoğunluğu(kg/m³) Vi=Giriş hızı (m/sn)

5 Basınç Kayıp Oranları (cm H₂O) Siklon Sınıflandırması Sınıflandırma Alt Limit Üst Limit Düşük verim Orta verim Yüksek verim ÖRNEKLER (Kesme çapı) Örnek 1: Verilenlere göre kesme çapını hesaplayınız. Ne: 5.5, Vi:20 m/sn, ρp:2000 kg/m³, b: 0.05 m Baca gazı için yaklaşık dinamik viskozite µ: 1.8x10 ⁵ kg/msn dcut = dcut = = = 2.42*10 ⁶m = 2.42μ Örnek 2: Partikül boyut aralığı 0.1 mikrondan 100 mikrona kadar olan bir siklonun verimini plug-flow (piston akışlı) model, mixed (karışımlı) model, empirical (ampirik) modellere göre hesaplayıp karşılaştırınız. Ne: 5.5, Vi:15 m/sn, ρp:1000 kg/m³, b: 0.1 m Baca gazı için yaklaşık dinamik viskozite µ: 1.8x10 ⁵ kg/msn Çözüm: Verimi tahmin etmek için önce ampirik model aracılığıyla kesme çapı hesaplanmalı.

6 dcut = dcut = = 5.59*10 ⁶m = 5.59μm İlk partikül boyut aralığı (0.1 μ) için ampirik model ile verim hesaplanırsa; emp= = = = % PF= PF= PF= = % mixed= 1 exp = 1 exp mixed= 1 exp mixed= = % Partikül çaplarına göre hesaplanan verimler

7 (Giderim verimi) Örnek 3: Debisi Q=7200 m³/sa olan baca gazının deşarjdan önce siklonla arıtılmak isteniyor. Siklon verimini ( ) ve verileri kullanarak siklon çıkışındaki partikül madde konsantrasyonunu (Ce) hesaplayınız. Verilen partikül boyut dağılımı ile toplam madde konsantrasyonu Co =4000 mg/m³. Siklon çapı D= 1.1m, giriş boyutları a=0.55m ve b=0.22m. Vücut yüksekliği h=1.65m ve siklonun toplam yüksekliği H= 4.4m. Baca gazı için yaklaşık dinamik viskozite µ: 1.8x10 ⁵ kg/msn. Partiküllerin yoğunluğu p=1500 kg/m³. Ne= = = 5.5

8 Q=Vi*A Q=Vi*(a*b) den Vi=16,529m/sn bulunur. dcut = = = 6.45*10 ⁶=6.45μm İlk partikül boyut aralığı (1,75 μm) için ampirik model ile verim hesaplanırsa; emp= = = = 6,85% dp:1.75, 5.00,,22.25 için verim hesapları emp ηemp Gi ηemp ηemp*gi 0,1 6,85 0,685 0,1 37,51 3,751 0,1 59,05 5,905 0,1 70,6 7,06 0,1 76 7,6 0,1 78,9 7,89 0,1 82,47 8,247 0,1 86,37 8,637 0,1 89,65 8,965 0,1 93,25 9,325 η 68,07 Ce= Co-Co* η Ce= 4000-(4000*0,68) Ce=1280 mg/m³ Ayrıca diğer PF ve mixed modellerde de örnek2deki gibi verim hesabı yapılabilir.

9 (Optimum çap)örnek 4: Q= 4.2 m³/sn debide işletilmekte olan giriş boyut oranları Ka=0.5, ve Kb=0.2 olan siklonun optimum çapını hesaplayınız. Yaklaşık dinamik viskozite 1.8x10 ⁵ kg/msn. Baca gazı yoğunluğu: 1.21 kg/m³. Giderim yapılacak partiküllerin yoğunluğu 2500 kg/m³. Dopt = = = Dopt = 1.51m (Basınç Kaybı)Örnek 5: Q= m³/sa debide işletilmekte olan giriş boyut oranları a= 80cm ve b=32 cm olan siklondaki basınç kaybını hesaplayınız. Siklon çapı D=1.6m, çıkış çapı De=80 cm. Gaz sıcaklığı 20 C. Baca gazının yoğunluğu yaklaşık : 1.20 kg/m³. NH = K ΔP= gvi²nh Q=Vi*A Vi= = m/sn NH= K = 16 =6.4 K= teğetsel giriş için=16 ΔP= *1.20kg/m³*15.625m/sn*6.4 ΔP= 0.675mSS Ka=0.8/1.6=0.5 Kb=0.32/1.6=0.2 Q=14400m³/sa=4 m³/sn Dopt = = =

10 Dopt = 1.26m (Farklı boyutlardaki siklon tasarımı karşılaştırılması) Örnek 6: Tablo:1 de verilen farklı geometrilerdeki siklonların performanslarını karşılaştırınız. Siklonun vücut çapı D=1.6m. Baca gazı debisi Q= 4 m³/sn. Yaklaşık dinamik viskozite μ=1.8x10 ⁵ kg/msn. Baca gazı yoğunluğu Giderim yapılacak partiküllerin yoğunluğu p:1500 kg/m³. g:1.20 kg/m³. (İpucu: Performans karşılaştırılması için, basınç kaybı ve toplama verimi kullanılabilir. Siklonun kesme çapı, toplama verimi hakkında bilgi vermiş olacak.) D=1.6m Ka=a/D den a, Kb=b/D den b ve diğer tasarım parametreleri hesaplanır. Q=Vi*A dan Vi hesaplanır.(her tasarım için)

11 Formüllerden Ne, dcut(kesme çapı), ΔP (basınç kaybı) her bir tasarım için hesaplanır. Altıçizili olan rakamlar tasarım parametreleri sabit (Table:1deki rakamlar). Stairmand Yüksek verimli Stairmand Yüksek debili Lapple Konvansiyonel Swift Yüksek verimli Swift Konvansiyonel Tasarım Ka 0,5 0,75 0,5 0,44 0,5 0,8 Swift Yüksek debili Kb 0,2 0,375 0,25 0,21 0,25 0,35 KDe 0,5 0,75 0,5 0,4 0,5 0,75 Ks 0,5 0,875 0,625 0,5 0,6 0,85 Kh 1,5 1,5 1 1,4 1,75 1,7 KH ,9 3,75 3,7 KB 0,375 0,375 0,25 0,4 0,4 0,4 a 0,8 1,2 0,8 0,704 0,8 1,28 b 0,32 0,6 0,4 0,336 0,4 0,56 De 0,8 1,2 0,8 0,64 0,8 1,2 s 0,8 1,4 1 0,8 0,96 1,36 h 2,4 2,4 1,6 2,24 2,8 2,72 H 6,4 6,4 6,4 6,24 6 5,92 B 0,6 0,6 0,4 0,64 0,64 0,64 Vi 15,625 5, ,5 16, ,5 5, Ne 5,5 3, , ,5 3,375 dcut 8E-06 2,25E-05 1,05E-05 0, , , NH 6, ,24 8 7, ΔP 8, , , , , , Vi(m/sn), dcut(8e-06 = 8*10^-6m=8μm), ΔP(cmSS) Ayrıca yukarıda Örnek2 deki gibi formüllerden farklı partikül çaplarına göre herbir tasarımın ηemp, ηpf, ηmixed modellere göre de verim hesapları yapılabilir.

12 (Kesme çapının siklon performansı üzerindeki etkisi) Örnek 7: Baca gazı debisi 3 m³/sn ve (highefficiency) yüksek verimli Stairmand tasarımı olan siklon için optimum çapı hesaplayınız. Eğer vücut çapı hesaplanan optimumdan farlı olsaydı siklonun performansı nasıl etkilenirdi?. Yaklaşık dinamik viskozite 1.8x10 ⁵ kg/msn Baca gazı yoğunluğu: 1.20 kg/m³, partiküllerin yoğunluğu 1500 kg/m³. Vücut çaplarını 0.5m, 0.6m,.., 2.4m ve 2.5m olarak deneyiniz. Tasarım Ka 0,5 Kb 0,2 KDe 0,5 Ks 0,5 Kh 1,5 KH 4 KB 0,375 Stairmand Yüksek verimli D=1,62 D=0,5 D=1 D=1,5 D=2 D=2,5 Dopt 1,62 0,5 1 1,5 2 2,5 a 0,81 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 b 0,32 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 De 0,81 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 h 2,43 0,75 1,50 2,25 3,00 3,75 H 6,48 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 Vi 11,42 120,00 30,00 13,33 7,50 4,80 Ne 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 dcut 9,42E-06 1,6E-06 4,6E-06 8,4E-06 1,3E-05 1,8E-05 NH 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 ΔP 5,63 622,30 38,89 7,68 2,43 1,00 Vi(m/sn), dcut(9,42e-06 = 9,42*10^-6m=9,42μm), ΔP(cmSS) Ayrıca yukarıda Örnek2 deki gibi formüllerden farklı partikül çaplarına göre herbir tasarımın ηemp, ηpf, ηmixed modellere göre de verim hesapları yapılabilir. Öerneğin dp=10μm için yapılmış verim hespaları; ηemp 0, , , , , ,234902

13 % 86, , , , , ,49021 ηpf 0, , , ,7107 0, , % 56, , , , , ,35111 ηmixed 0, , ,5087 0, , % 43, , , , ,23088 (Siklon sayısını belirleme) Örnek 8: Önceki soru (örnek7) için, siklon performansını optimize etmek için 2 veya 3 tane siklonu parelel olarak deneyiniz. 2 Siklon 3 Siklon Q=3m³/sn Q=1,5m³/sn Q=1m³/sn Q = 3 1,5 1 Dopt 1,62 1,18 0,98 Vi 11,42 5,71 3,81 Ne 5,43 5,43 5,43 dcut 9,48E-06 1,34E-05 1,64E-05 NH 6,4 6,4 6,4 ΔP 5,63 1,41 0,63 Vi(m/sn), dcut(9,48e-06 = 9,48*10^-6m=9,42μm), ΔP(cmSS) Ayrıca yukarıda Örnek2 deki gibi formüllerden farklı partikül çaplarına göre herbir tasarımın ηemp, ηpf, ηmixed modellere göre de verim hesapları yapılabilir. (Giriş genişliğinin siklon performansına etkisi) Örnek 9: Yüksek verimli Stairmand siklon tasarımı için, veriler aşağıdadır. Stairmand siklonu için işletme debisi 9000 m³/sa, farklı giriş genişlikleri için hesaplanan basınç kayıpları ve siklon verimleri ile değişen siklon performansını tahmin ediniz. Siklon çapı 1.3m. Yaklaşık dinamik viskozite 1.8x10 ⁵ kg/msn. Baca gazı yoğunluğu: 1.20 kg/m³, partiküllerin yoğunluğu 1500 kg/m³. Stairmand dizaynı için Ka:0.5, Kb:0.2, KDe:0.5, Ks:0.5, Kh:1.5, KH:4.0, ve KB:0.375 (İpucu: en iyi değerler Kb:0.100, 0.125, 0.150, 0.175, 0.200, 0.225, 0.250, 0.275, 0.300)

14 Kb 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,375 b 0,13 0,195 0,26 0,325 0,39 0,455 0,4875 D 1,30 1,30 1,30 1,30 1,30 1,30 1,30 Vi 29,59 19,72 14,79 11,83 9,86 8,45 7,89 Ne 6,77 6,77 6,77 6,77 6,77 6,77 6,77 dcut 3E-06 5,012E-06 6,7E-06 8,35E-06 1E-05 1,17E-05 1,25E-05 NH 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 ΔP 37,83 16,81 9,46 6,05 4,20 3,09 2,69 (Giriş yüksekliğinin siklon performansına etkisi) Örnek 10: Yüksek verimli Stairmand siklon tasarımı için, veriler aşağıdadır. Stairmand siklonu için işletme debisi 9000 m³/sa, farklı giriş yükseklikleri için hesaplanan basınç kayıpları ve siklon verimleri ile değişen siklon performansını tahmin ediniz. Siklon çapı 1.3m. Yaklaşık dinamik viskozite 1.8x10 ⁵ kg/msn. Baca gazı yoğunluğu: 1.20 kg/m³, partiküllerin yoğunluğu 1500 kg/m³. Stairmand dizaynı için Ka:0.5, Kb:0.2, KDe:0.5, Ks:0.5, Kh:1.5, KH:4.0, ve KB:0.375 (İpucu: en iyi değerler Ka:0.30, 0.35, 0.40, 0.45, 0.50, 0.55, 0.60, 0.65, 0.70) Ka 0,3 0,4 0,45 0,5 0,6 0,65 0,7 a 0,39 0,52 0,585 0,65 0,78 0,845 0,91 D 1,30 1,30 1,30 1,30 1,30 1,30 1,30 Vi 29,59 22,19 19,72 17,75 14,79 13,65 12,68 Ne 11,28 12,31 7,52 6,77 5,64 5,21 4,84 dcut 4E-06 4,046E-06 5,5E-06 6,1E-06 7,32E-06 7,93E-06 8,54E-06 NH 3,84 5,12 5,76 6,4 7,68 8,32 8,96 ΔP 22,70 17,02 15,13 13,62 11,35 10,48 9,73 (Çıkış çapının siklon performansına etkisi) Örnek 11: Yüksek verimli Stairmand siklon tasarımı için, çıkış borusu 0.5D den 0.6D ye artırılırsa siklon performansı nasıl olur?. Siklon işletme debisi 9000 m³/sa. Siklon çapı 1.3m. Yaklaşık dinamik viskozite 1.8x10 ⁵ kg/msn. Baca gazı yoğunluğu: 1.20 kg/m³, partiküllerin yoğunluğu 1500 kg/m³. Stairmand dizaynı için Ka:0.5, Kb:0.2, KDe:0.5, Ks:0.5, Kh:1.5, KH:4.0, ve KB:0.375

15 KDe 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 De 0,65 0,715 0,78 0,845 0,91 0,975 1,04 D 1,30 1,30 1,30 1,30 1,30 1,30 1,30 Vi 14,79 14,79 14,79 14,79 14,79 14,79 14,79 Ne 6,77 6,77 6,77 6,77 6,77 6,77 6,77 dcut 7E-06 6,682E-06 6,7E-06 6,68E-06 6,68E-06 6,68E-06 6,68E-06 NH 6,4 5, ,4444 3, , , ,5 ΔP 9,46 7,82 6,57 5,60 4,82 4,20 3,69 Tasarım Kriterleri 2 önemli kriter 1. Optimum Çap Yüksek verim için yüksek dönüş hızı Hızı artırmak için siklon çapı küçültülür Ancak dönüş hızı arttıkça geri taşınma olur... Dolayısıyla, hız belirli bir değere kadar arttırılabilir Dönüş hızını küçültmek de siklon çapını büyütür ---- Optimum Çap 2. Basınç Kaybı Kontrolü Tasarım Prosedürü 1. Mevcut verilere ve arıtma verimine göre bir standart siklon tipi seçilir. 2. Optimum çap hesaplanır. 3. Basınç kaybı değeri hesaplanır. 4. Basınç kaybı değeri limiti sağlıyorsa tasarım tamamlanır. 5. Basınç kaybı değeri limiti sağlamıyorsa -Alternatif tasarım geometrisi ele alınarak hesaplar tekrarlanır. -Debi, uygun sayıda bölünerek hesaplar tekrarlanır. 6. Boyut tasarımı tamamlandıktan sonra verim hesabına geçilir.

16 Ön Tasarım Gerekli debiyi belirle fan kapasitesine karar ver Siklon geometrisini belirle Stairmand/Swift/Lapple/vb. Emisyon oranını tahmin et Konsantrasyonlar, giriş yükü,vb. Ünite Tasarımı Siklon sayısına karar ver 1,2,3, Akışın eşit dağılımını dikkate al kaçın Dağılımın oransız olmasından Siklon Tasarımı Optimum çapı belirle Dopt Gerçek çapa karar ver Optimum olup olmadığına Basınç kaybını tahmin et (cm H₂O) ΔP 25 cm H₂O mü kontrol et Verimi kontrol et Son Tasarım Siklon yerleşimlerine karar ver ayrı mı birleşik mi? Eşit dağılıma dikkat et vana kullan.. Başlık ve boru dizaynı Baca dizaynı, yükseklik, çatı?,baca emisyonlarını tahmin et, daha fazla kontrol, model ihtiyacı vb..?